扶手型單、雙壁氮化硼納米管結(jié)構(gòu)演化及電子特性的密度泛函理論研究.pdf

1、氮化硼納米管有諸多良好的性能，但由于生長機理不明確和技術(shù)條件受限制的原因，大大阻礙了氮化硼納米管的生產(chǎn)和應(yīng)用。為探索氮化硼納米管的微觀生長機理，本文在密度泛函的理論框架下，重點研究了從單雙壁氮化硼團簇到單雙壁扶手型氮化硼納米管的演變過程。文章分三部分組成：第一部分對氮化硼團簇的概念、基本性質(zhì)和研究意義做了簡單的介紹，并主要介紹了氮化硼納米管的概念、幾何結(jié)構(gòu)、制備方法、主要性能、應(yīng)用前景和研究現(xiàn)狀及研究意義。第二部分介紹了密度泛函理論，對

2、密度泛函理論的發(fā)展過程和主要組成部分做了重點介紹。并大致講述了基于密度泛函理論的的高斯03軟件和基函數(shù)。第三部分在密度泛函的理論框架下，主要研究了單雙壁氮化硼管狀團簇和單雙壁扶手型氮化硼納米管的幾何結(jié)構(gòu)、電子特性、穩(wěn)定性以及從單雙壁氮化硼團簇到單雙壁扶手型氮化硼納米管的演變過程。
　　在演變過程的研究中先對較短的單雙壁管狀團簇的幾何結(jié)構(gòu)和電子特性進行了研究，接著采用逐層增長的方式得到了較長的單雙壁氮化硼管狀團簇，在對較長的單雙壁氮

3、化硼管狀團簇進行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)隨著長度的增加單雙壁氮化硼管狀團簇的幾何結(jié)構(gòu)和電子特性接近無限長單雙壁扶手型氮化硼納米管的幾何結(jié)構(gòu)和電子特性。以較長的團簇為基礎(chǔ)，利用周期邊界條件構(gòu)建和研究了無限長氮化硼納米管。在幾何參數(shù)的追蹤中發(fā)現(xiàn)隨著長度的增加，氮化硼管狀團簇的增長方式由全局重構(gòu)變?yōu)榫植恐貥?gòu)，最后在局部重構(gòu)的方式中演變?yōu)闊o限長納米管。前線分子軌道和結(jié)合能分別體現(xiàn)了氮化硼團簇有增長的趨勢和在增長過程越來越穩(wěn)定的特點。氮化硼納米管的結(jié)合

4、能表明隨著管徑和管壁的增加氮化硼納米管變得更穩(wěn)定，解釋了實驗上合成的氮化硼納米管中通常是大管徑多壁數(shù)的氮化硼納米管占多數(shù)的現(xiàn)象。在電子特性的研究中發(fā)現(xiàn)氮化硼管狀團簇和氮化硼納米管都體現(xiàn)出寬帶隙半導體的特點。其中氮化硼管狀團簇的帶隙隨著層數(shù)的增加幾乎不發(fā)生改變，但不同管徑的管狀團簇的帶隙且有細微的差距。而氮化硼納米管的帶隙則會有隨著管徑的增大而微小的增大，隨著管壁的增大而微小的減小。另外，氮化硼管狀團簇的分子前線軌道和氮化硼納米管的態(tài)密度